基于情境為載體的高中物理試題研究

羅培雄 陳森林

摘?要：情境是實現“四層”考查內容和“四翼”考查要求的載體，對考查和培養學生的物理學科素養具有關鍵作用。近年來“情境試題”越來越多地呈現在高考物理試卷中，全國卷以及浙江、北京、江蘇等地的高考試卷中以“情境試題”為載體，突出能力立意，凸顯核心素養和解決問題能力的考查。試題的情境可分為生活實踐情境和學習探索情境。而生活實踐情境類試題由于源自生活、貼近生活，能更好發揮試題考查關鍵能力的功能。

關鍵詞：情境試題;生活實踐情境;試題研究

心理學中的情境是指“對人有直接刺激作用，有一定的生物學意義和社會學意義的具體環境”，即情境必須是具體的，具體可感性是情境的特質。從物理學科來說，“情境試題”是指以自然界及社會生產、生活中客觀存在的物理現象或過程為背景設置問題，考查學生的關鍵能力和物理核心素養。這類試題既有利于知識運用與問題解決能力考查的實現，又有利于學生對知識意義的理解和正確價值觀的養成，體現物理學科的科學態度與責任。結合學科考試實際，物理學科考查的情境試題可分為生活實踐情境類試題和學習探索情境類試題，其中生活實踐情境類試題能更好發揮試題考查關鍵能力的功能。

生活實踐情境類試題是指根據自然、社會生產和生活中客觀存在的，能夠反映物理觀念、科學思維、科學探究的物理現象而編制的物理問題。生活實踐情境類試題可以包含有三類：一是與大自然中相關的現象，如彩虹、日食、日暈等;二是與生產生活緊密聯系的物理問題，如體育運動、交通工具、工地使用器械等;三是科技前沿，如國家重大科技工程（中國行星探測、載人航天與探月工程、大飛機、北斗導航系統等）。試題選取這類來源于生活、貼近生活、貼近時代的真實問題情境進行考查，既能激發學生的學習興趣，又能較好地考查學生從復雜的情境中抓住主要因素，抽象出物理模型并解決問題的能力和素養，是落實物理學科素養考查的重要途徑。生活實踐情境類試題的主要功能有以下幾點。

一、?可以有效培養學生的物理建模能力

所謂物理模型就是把復雜的物理過程或研究對象，通過抓住物理問題的本質、主要物理因素進行高度的概括，歸納出一些簡單的模型來研究，也是物理研究的常用方法。高考《考試說明》明確指出要大力引導學生從“解題”向“解決問題”轉變，以有利于高校選拔新生，有利于培養學生的綜合能力和創新思維，這里的解題問題過程要求學生從試題的背景材料中，提煉有關信息，建立物理模型，因此解決物理“情境試題”的過程就是培養物理建模能力的過程。

【例1】?某球員定點罰球，籃球剛好水平越過籃筐前沿。已知罰球點離籃筐前沿的水平距離約為4.2m，罰球的出球點與籃球運動最高點間的高度差為?0.8m，籃球質量約0.6kg，不計空氣阻力，這次罰球該球員對籃球做的功約為（g取10m/s2）（?）

A.?18JB.?38JC.?58JD.?78J

以上物理情境均源自生活中學生熟悉的籃球運動，學生沒有陌生感，很容易激發學生解題欲望。運動模型為斜拋運動，也可以通過逆向思維轉化為平拋運動模型來解決。學生解決這類情境試題容易獲得成就感，有助于引導學生養成“從生活走向物理，從物理走向實踐”的意識。實踐也證明物理模型越接近于生活中的實際情境，越能幫助學生解決實際生活中的物理問題，進而激發學生的學習興趣和求知欲。

二、?可以培養學生的信息收集與處理能力

當今社會信息高速傳輸，考生養成良好的信息收集與信息處理的技能非常重要，高考要求考生具備快速獲取、精確鑒別和歸納、分類、摘記信息等能力，它對培養學生的學科素養，激發學生的探究熱情具有重要的意義。“生活實踐類情境試題”取材于現實生活的方方面面，如科技、體育等內容，具有信息量大、內容豐富等特點。這就要求學生能在復雜生活素材中提煉有用信息，對問題進行有效分類、歸納，從而快速獲取信息，高效地解決相關問題。因而解決這類“情境試題”過程也是培養學生信息收集和處理能力的過程。

【例2】?在研究“蹦極”運動時，在運動員身上安裝上傳感器，用于測量運動員在不同時刻下落的高度及速度。如圖甲，運動員包括攜帶的全部設備的質量為60kg，彈性繩原長為10m，運動員從蹦極臺靜止下落，據傳感器所測數據，得到圖乙所示的速度—位移圖像，g取10m/s2，則根據圖像下列判斷正確的是（?）

A.?當速度v=14m/s時，繩的彈力達到最大

B.?運動員下落加速度為0時彈性勢能為0

C.?運動員下落過程與彈性繩組成的系統機械能不守恒

D.?運動員下落到最低點時彈性勢能為1.53×104J

試題以極限運動“蹦極”為背景創設物理情境，結合速度—位移圖像設置問題。試題的情境是考生非常熟悉的，但如何從圖像中獲取有效信息、準確分析圖像中隱含的條件，是正確解決本題的關鍵。由圖像可知當運動員下落10m時速度約為13m/s，而如果忽略空氣阻力，運動員獲得的速度約為14.1m/s，由此可見運動員下落過程空氣阻力不能忽略，所以運動員下落過程與彈性繩組成的系統機械能不守恒。試題考查的一個關鍵能力是考生對圖像的信息收集和處理能力，能有效甄別不同水平的考生。

三、?可以滲透STS思想，提升學生的科學態度與責任

科學態度與責任是指在認識科學本質，認識科學技術社會環境關系的基礎上，逐漸形成的探索自然的內在動力和推動社會可持續發展的責任感。“生活實踐情境試題”可以用最前沿的科技發展應用為試題背景，讓學生應用已學過的物理知識去解決，從而激發學生對物理科技前沿的探究興趣，也滲透了應用學到的物理知識去解決實際問題的思想。

【例3】?掃描隧道顯微鏡（STM）可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的擾動，在圓底盤周邊沿其徑向對稱地安裝若干對紫銅薄板，并施加磁場來快速衰減其微小振動，如圖所示。無擾動時，按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場;出現擾動后，對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是（?）

本題以掃描隧道顯微鏡（STM）為情境，是電磁阻尼原理在生產科技中的應用，在振動過程中穿過紫銅薄板的磁通量發生變化，產生感應電動勢和感應電流，使其受到安培力作用，阻礙紫銅薄板振動，使其振動衰減，方案A中無論紫銅薄板是上下振動還是左右振動，通過它的磁通量都發生變化，都能使其振動衰減，而其他方案都只在某個方向振動才能產生衰減作用，因此只有方案A是最有效的。另外試題以我國“天舟號”“天宮號”“長征五號”運載火箭等為情境，結合萬有引力定律知識創設問題，涉及我國的國家重大科技工程——載人航天事業。這類考題可以讓考生了解我國的科技技術和航空航天事業上取得的成就，提升考生的民族自信心和自豪感，從而確保物理學科核心價值“金線”考查方向不偏離，確保試題內容的正確價值取向。

我們在設計生活實踐問題類“情境試題”時，要注重情境與考查內容的有機融合，創造性地挖掘生活中與物理知識相結合的問題，充分發揮生活實踐問題類情境試題的功能。物理試題情境是承接“四層”考查內容、體現“四翼”考查要求的載體，是深化新時代物理考試內容改革的重要突破口，必將在未來的考試中更多地呈現。

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作者簡介：

羅培雄，福建省泉州市，晉江市南僑中學;

陳森林，福建省泉州市，泉州市教育科學研究所。